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基于钍钚燃料的热管冷却微堆堆芯物理热工特性研究

王锋 孙源楠

王锋, 孙源楠. 基于钍钚燃料的热管冷却微堆堆芯物理热工特性研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 88-94. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0088
引用本文: 王锋, 孙源楠. 基于钍钚燃料的热管冷却微堆堆芯物理热工特性研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 88-94. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0088
Wang Feng, Sun Yuannan. Physical and Thermal Analysis of the Heat Pipe Cooled Micro Nuclear Reactor Core Based on Thorium-Plutonium Mixed Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 88-94. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0088
Citation: Wang Feng, Sun Yuannan. Physical and Thermal Analysis of the Heat Pipe Cooled Micro Nuclear Reactor Core Based on Thorium-Plutonium Mixed Fuel[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 88-94. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0088

基于钍钚燃料的热管冷却微堆堆芯物理热工特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0088
基金项目: 核反应堆系统设计技术重点实验室基金(JG2018119)
详细信息
    作者简介:

    王 锋(1977—),男,副教授,现主要从事核能堆芯物理及流动传热研究,E-mail: wangfeng@cqu.edu.cn

  • 中图分类号: TL331

Physical and Thermal Analysis of the Heat Pipe Cooled Micro Nuclear Reactor Core Based on Thorium-Plutonium Mixed Fuel

  • 摘要: 在钍钚燃料热管冷却微型核反应堆堆芯中,功率分布不均匀性是一个关键问题。为优化堆芯功率分布,本研究选取具有较好中子学性能的BeO、Be、Graphite、MgO、Al2O3等反射层材料,分析比较了这些材料对堆芯功率分布及其他物理特性的影响。结果表明,采用MgO作为反射层材料可以有效改善堆芯的轴向和径向功率分布,并降低结构质量;同时MgO的使用软化了中子能谱,提高了堆芯初始反应性,确保堆芯寿期满足5 a需求。单通道模型热工分析表明,采用MgO材料堆芯的底部温度得到明显改善,尽管钍钚燃料的热导率较UO2燃料低,导致堆芯整体轴向温度略高,然而钍钚燃料在热管冷却微型反应堆堆芯中的运行温度始终低于其熔点,满足了热工安全的要求。本研究可为钍钚燃料在热管冷却微型核反应堆中的应用提供设计参考和理论支持。

     

  • 图  1  INL Design A堆芯示意图

    Figure  1.  Schematic of INL Design A

    图  2  节块长度对堆芯轴向功率分布影响

    Figure  2.  Effect of Mesh Length on Axial Power Distribution

    图  3  节块长度对堆芯轴向功率峰因子影响

    Figure  3.  Effect of Mesh Length on the Relative Power Factor at Core Bottom

    图  4  轴向反射层厚度对堆芯keff影响

    Figure  4.  Effect of the Axial Reflector Thickness on the Core keff

    图  5  轴向下反射层材料的质量和厚度

    Figure  5.  Mass and Thickness of Axial Bottom Reflector Materials

    图  6  轴向下反射层材料对堆芯轴向功率分布影响

    Figure  6.  Effect of Axial Bottom Reflector on Axial Power Distribution

    图  7  不同径向反射层材料堆芯keff

    Figure  7.  Core keff with Different Radial Reflector Materials

    图  8  不同径向反射层材料质量

    Figure  8.  Mass of Different Radial Reflector Materials

    图  9  径向反射层材料对堆芯径向功率分布影响

    Figure  9.  Effect of Radial Reflector Materials on Radial Power Distribution

    图  10  3种燃料设计的堆芯中子能谱

    Figure  10.  Core Neutron Spectrum of Three Fuel Designs

    图  11  keff随运行时间的变化曲线

    Figure  11.  keff Change with the Operation Time

    图  12  燃料轴向温度分布

    Figure  12.  Fuel Axial Temperature Distribution

    表  1  反射层材料物理性质

    Table  1.   Physical Properties of Reflector Materials

    材料密度/
    (g·cm−3)
    熔点/
    K
    导热系数/
    (W·m−1·K−1)
    BeO3.0102781281
    Be1.8481558200
    Graphite1.8433925106
    MgO3.579285236
    Al2O33.900237312
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-19
  • 修回日期:  2025-03-03
  • 刊出日期:  2025-07-09

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